Question

10．老師利用如圖甲所示的裝置演示動(dòng)能與重力勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化后，小光想：小球在擺動(dòng)過程中的機(jī)械能的大小是否與細(xì)線的長度有關(guān)呢？為了探究此問題，他設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)裝置：將無彈性的細(xì)線上端固定在鐵架臺(tái)上，下端拴住小球，使小球擺動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)恰好撞擊靜止在水平桌面上的木塊，如圖乙所示．（不計(jì)細(xì)線固定端的摩擦與空氣阻力）
（1）小光將長為l的細(xì)線拉至水平狀態(tài)靜止時(shí)，小球具有的機(jī)械能是以重力勢(shì)能的形式存在．
（2）釋放小球后，木塊被小球撞擊并在水平桌面上滑動(dòng)了一段距離s，在此過程中木塊克服摩擦力做功．
（3）小光多次改變拴小球的細(xì)線長度，并調(diào)整細(xì)線固定端的位置，每次均將小球拉至細(xì)線處于水平狀態(tài)時(shí)自由釋放，使它擺動(dòng)到相同的最低點(diǎn)撞擊同一木塊，測(cè)出木塊被撞擊后運(yùn)動(dòng)的距離，通過比較運(yùn)動(dòng)距離的長短來判斷小球具有的機(jī)械能大�。�請(qǐng)你分析小光的實(shí)驗(yàn)方案是否可行？不可行，理由是：小球到水平桌面的高度不同．

Answer 1

分析 （1）小光將長為l的細(xì)線拉至水平狀態(tài)靜止時(shí)，小球的速度為0，彈性勢(shì)能為0，有下落的高度，而機(jī)械能等于動(dòng)能和勢(shì)能之和；
（2）木塊在水平方向勻速時(shí)，水平方向只受到摩擦力的作用，并且物體在水平方向有運(yùn)動(dòng)的距離；
（3）改變拴小球的細(xì)線長度時(shí)，小球小落的高度發(fā)生變化，而重力勢(shì)能的大小與高度有關(guān)．

解答 解：（1）小光將長為l的細(xì)線拉至水平狀態(tài)靜止時(shí)，小球的速度為0即動(dòng)能為0，繩子沒有形變即彈性勢(shì)能為0，有下落的高度即有重力勢(shì)能，而機(jī)械能等于動(dòng)能和勢(shì)能之和，所以，小球具有的機(jī)械能是以重力勢(shì)能的形式存在；
（2）木塊被小球撞擊并在水平桌面上滑動(dòng)了一段距離s的過程中，水平方向只受到摩擦力的作用，故在此過程中木塊克服摩擦力做功；
（3）改變拴小球的細(xì)線長度時(shí)，小球撞擊同一木塊后，木塊運(yùn)動(dòng)的距離越遠(yuǎn)，克服摩擦力做的功越多，但此時(shí)小球小落的高度也會(huì)發(fā)生變化，而重力勢(shì)能的大小與高度有關(guān)，即重力勢(shì)能發(fā)生變化，不能探究小球在擺動(dòng)過程中的機(jī)械能的大小是否與細(xì)線的長度有關(guān)．
故答案為：（1）重力勢(shì)；（2）摩擦；（3）不可行；小球到水平桌面的高度不同．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了小球在擺動(dòng)過程中的機(jī)械能的大小是否與細(xì)線的長度有關(guān)的實(shí)驗(yàn)，明確影響動(dòng)能和勢(shì)能的因素以及機(jī)械能的轉(zhuǎn)化是關(guān)鍵，要注意控制變量法和轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用．